DE102015225900B3 - Method and device for camera-based traffic sign recognition in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur kamerabasierten Verkehrszeichenerkennung in einem Kraftfahrzeug umfasst das Aufnehmen mindestens eines Bildes eines vor einem Fahrzeug befindlichen Raumes mit einer Kamera und das Durchführen einer Mustererkennung zur Erkennung von Verkehrszeichen in dem mindestens einen aufgenommenen Bild. Nach der Erkennung eines Verkehrszeichens in einem ersten Bild wird einer Folge weiterer Bilder des vor dem Fahrzeug befindlichen Raumes mit der Kamera aufgenommen, das in dem ersten Bild erkannte Verkehrszeichen in der Folge der weiteren Bilder verfolgt, und aus einer Größenänderung und/oder Verschiebung einer Position des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens in den jeweiligen Bildern über die Folge der weiteren Bilder ein erster Geschwindigkeitswert ermittelt der angibt, mit welcher Geschwindigkeit das erkannte und verfolgte Verkehrszeichen auf die Kamera zukommt und/oder an der Kamera vorbeizieht. Der erste Geschwindigkeitswert wird mit einem von einem Geschwindigkeitsmesser des Kraftfahrzeugs bereitgestellten zweiten Geschwindigkeitswert verglichen, der eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentiert. Wenn die Differenz der Geschwindigkeitswerte über einem Schwellwert liegt, wird das erkannte Verkehrszeichen verworfen. Anderenfalls erfolgt eine Signalisierung des erkannten Verkehrszeichens an einen Fahrer und/oder ein Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs.A method for camera-based traffic sign recognition in a motor vehicle comprises capturing at least one image of a space in front of a vehicle with a camera and performing a pattern recognition to detect traffic signs in the at least one recorded image. After the detection of a traffic sign in a first image, a sequence of further images of the space in front of the vehicle is taken with the camera, which tracks traffic signs recognized in the first image in the sequence of the further images, and a resizing and / or shifting of a position the detected and traced traffic sign in the respective images on the sequence of further images determines a first speed value indicating the speed with which the detected and traced traffic sign is approaching the camera and / or passing by the camera. The first speed value is compared with a second speed value provided by a speedometer of the motor vehicle, which represents a driving speed of the motor vehicle. If the difference in speed values is above a threshold, the detected traffic sign is discarded. Otherwise, the recognized traffic sign is signaled to a driver and / or a driver assistance system of the motor vehicle.
Description
In vielen Kraftfahrzeugen ist eine Verkehrszeichenerkennung mittels einer Kamera vorgesehen, welche Bilder eines in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegenden Verkehrsraums aufnimmt. Die von der Kamera aufgenommenen Bilder werden mittels eines Computers und entsprechender Software analysiert, und Verkehrszeichen werden per Mustererkennung in den Bildern erkannt. Inhalte von erkannten Verkehrszeichen werden extrahiert und die extrahierten Informationen werden einem Fahrer angezeigt oder in ein Fahrerunterstützungssystem übernommen. Insbesondere werden Informationen über Geschwindigkeitsbegrenzungen angezeigt, um dem Fahrer eine weitere Möglichkeit zu geben diese wahrzunehmen für den Fall, dass der Fahrer ein entsprechendes Verkehrszeichen übersehen hat.In many motor vehicles, traffic sign recognition is provided by means of a camera which records images of a traffic space lying in front of the motor vehicle in the direction of travel. The images taken by the camera are analyzed by means of a computer and appropriate software, and traffic signs are recognized by pattern recognition in the images. Contents of recognized traffic signs are extracted and the extracted information is displayed to a driver or incorporated into a driver assistance system. In particular, information about speed limits is displayed to give the driver another opportunity to perceive it in the event that the driver has missed an appropriate traffic sign.
Die Erkennung von Verkehrszeichen mittels einer Kamera und einer automatischen Bildauswertung hat gegenüber einer Anzeige von Verkehrszeichen aus einer Datenbank und entsprechender Positionsbestimmung des Fahrzeugs den Vorteil, dass temporär aufgestellte Verkehrszeichen, beispielsweise in Baustellen, stets berücksichtigt werden können, während dies bei datenbankgestützten Systemen von der Aktualisierungsfrequenz der Datenbank abhängig ist.The detection of traffic signs by means of a camera and an automatic image analysis has the advantage over a display of traffic signs from a database and corresponding position determination of the vehicle that temporarily established traffic signs, for example in construction sites, can always be considered, while in database-based systems of the update frequency depends on the database.
An der Rückseite einiger Fahrzeuge, insbesondere bei LKW und Bussen, aber auch an Wohnanhängern, sind häufig Aufkleber in Form von eine Geschwindigkeitsbegrenzung signalisierenden Verkehrszeichen angebracht, die den nachfolgenden Verkehr über eine für dieses Fahrzeug geltende Höchstgeschwindigkeit informieren sollen. Unter den eine Geschwindigkeitsbegrenzung signalisierenden Verkehrszeichen sind auch verkleinerte Abbilder von Ortseingangstafeln, die eine Verbundenheit des Fahrzeughalters mit einem Ort anzeigen sollen. All diese ”Verkehrszeichen” können von der Verkehrszeichenerkennung erkannt werden und zumindest eine daraus resultierende Verkehrsempfehlung oder -beschränkung kann einem Fahrer fälschlicherweise angezeigt oder sogar von einem Fahrerunterstützungssystem zur automatischen Beeinflussung der gefahrenen Route oder der Geschwindigkeit verwendet werden. Eine solche Falscherkennung erfolgt besonders bei Kolonnenfahrten oder Überholvorgängen, weil dann der das Verkehrszeichen darstellende Aufkleber frontal vor oder seitlich von dem Kraftfahrzeug erkannt wird, also von der Kamera gut erfasst werden kann und in ein übliches Schema für Aufstellorte von Verkehrszeichen passt.At the back of some vehicles, especially in trucks and buses, but also on caravans, stickers in the form of a speed limit signaling traffic signs are often attached, which should inform the following traffic about a current maximum speed for this vehicle. Among the traffic signs signaling a speed limit are also miniaturized images of city entrance panels intended to indicate a connection of the vehicle owner with a location. All of these "traffic signs" may be recognized by the traffic sign recognition and at least one resulting traffic recommendation or restriction may be erroneously displayed to a driver or even used by a driver assistance system to automatically affect the driven route or speed. Such misrecognition takes place especially in convoys or overtaking, because then the traffic sign representing sticker frontally or laterally recognized by the motor vehicle, so it can be well detected by the camera and fits in a conventional scheme for installation of traffic signs.
Aus der
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Technisches ProblemTechnical problem
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur kamerabasierten Verkehrszeichenerkennung anzugeben.It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for camera-based traffic sign recognition.
Technische LösungTechnical solution
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 8 angegebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the method specified in claim 1 and the device specified in claim 8. Advantageous embodiments and further developments of the method and the device are specified in the respective dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine verbesserte Verkehrszeichenerkennung sehen vor, neben der bekannten Erkennung von Verkehrszeichen eine von einem Geschwindigkeitsmesser bereitgestellte Information über die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit für eine Plausibilitätsprüfung der Erkennung zu nutzen.The inventive method and the device according to the invention for improved traffic sign recognition provide, in addition to the known recognition of traffic signs, to use information provided by a speedometer about the current vehicle speed for a plausibility check of the recognition.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass gültige Verkehrszeichen in der Regel ortsfest angebracht sind oder, falls sie beispielsweise an einem Fahrzeug der Straßenmeisterei angebracht sind, welches eine Kontrollfahrt auf einer Straße durchführt, sich nur mit sehr geringer Geschwindigkeit bewegen. Ein ein Verkehrszeichen darstellender Aufkleber an einem Fahrzeug, beispielsweise an einem LKW, wird mit sich mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit bewegen, z. B. auf Autobahnen mit der für LKW geltenden Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h.The invention makes use of the recognition that valid traffic signs are usually fixed in place or, for example, if they are attached to a vehicle of the road maintenance, which performs a control trip on a road, move only at very low speed. A traffic sign sticker on a vehicle, such as a truck, will move at a significantly higher speed, e.g. B. on highways with the applicable maximum speed of 80 km / h for trucks.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur kamerabasierten Verkehrszeichenerkennung umfasst das Aufnehmen mindestens eines Bildes eines vor einem Fahrzeug befindlichen Raumes mit einer Kamera und das Durchführen einer Mustererkennung zur Erkennung von Verkehrszeichen in dem mindestens einen aufgenommenen Bild. Erfindungsgemäß wird, nach der Erkennung eines Verkehrszeichens in einem ersten Bild und gegebenenfalls nach einer erfolgreichen Mustererkennung eine Folge weiterer Bilder des vor dem Fahrzeug befindlichen Raumes mit der Kamera aufgenommen, und das in dem ersten Bild erkannte Verkehrszeichen in der Folge der weiteren Bilder verfolgt.An inventive method for camera-based traffic sign recognition comprises taking at least one image of a vehicle in front of a space with a camera and performing a pattern recognition for detecting traffic signs in the at least one recorded image. According to the invention, after recognition of a traffic sign in a first image and, if appropriate, after successful pattern recognition, a sequence of further images of the space in front of the vehicle is taken with the camera, and the traffic sign recognized in the first image is tracked in the sequence of the further images.
Unter Verfolgung ist hierbei das Wiedererkennen desselben Verkehrszeichens und das Feststellen einer jeweiligen Position des wiedererkannten Verkehrszeichens in den jeweiligen weiteren Bildern zu verstehen. Hierbei kann es genügen, das Verkehrszeichen als solches zu erkennen, ohne durch das Verkehrszeichen vermittelte Information zu extrahieren, wenn die Information bereits bei der ersten Erkennung sicher extrahiert wurde. Durch den Verzicht auf die Extraktion der Information kann die benötigte Rechenleistung reduziert werden. Eine Plausibilitätsprüfung, ob es sich bei dem verfolgten Verkehrszeichen tatsächlich um das zuvor erkannte Verkehrszeichen handelt kann erfolgen, beispielsweise, wenn sich das Verkehrszeichen nicht an einer erwarteten Position in einem nachfolgenden Bild befindet, oder eine andere Grundform und/oder -farbe hat. Die Plausibilitätsprüfung kann auch mit unterschiedlichen Parametern oder Verfahren erfolgen, je nachdem wie viele Verkehrszeichen in dem von der Kamera aufgenommenen Bild nahe beieinander liegen, insbesondere wenn es sich dabei um sich ähnelnde Verkehrszeichen handelt. Sich ähnelnde Verkehrszeichen können beispielsweise ähnliche Grundformen und/oder ähnliche Farbkombinationen aufweisen.Under pursuit here is the recognition of the same traffic sign and the determination of a respective position of the recognized traffic sign in the respective further images to understand. Here, it may be sufficient to recognize the traffic sign as such without extracting information conveyed by the traffic sign if the information has already been safely extracted at the first detection. By dispensing with the extraction of information, the required computing power can be reduced. A plausibility check as to whether the tracked traffic sign is actually the previously recognized traffic sign can be made, for example, if the traffic sign is not at an expected position in a subsequent image, or has another basic shape and / or color. The plausibility check can also be carried out with different parameters or methods, depending on how many traffic signs in the image taken by the camera are close to each other, especially if they are similar traffic signs. For example, similar traffic signs may have similar basic shapes and / or similar color combinations.
Aus der Größenänderung und/oder Verschiebung einer Position des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens in den jeweiligen Bildern über die Folge der weiteren Bilder wird ein erster Geschwindigkeitswert ermittelt der angibt, mit welcher Geschwindigkeit das erkannte und verfolgte Verkehrszeichen auf die Kamera zukommt und/oder an der Kamera vorbeizieht. Dabei wird ausgenutzt, dass Objekte im Aufnahmebereich einer Kamera bei unveränderter Brennweite bei Annäherung zunehmend größer in aufeinanderfolgenden Bildern abgebildet sind. Der Ausdruck „aufeinanderfolgende Bilder” bezieht sich hierbei auf diejenigen aufeinanderfolgenden Bilder, die der Bildbearbeitung zum Zwecke der Verkehrszeichenerkennung zugeführt werden. Außerdem wird ein außerhalb einer geraden Blickrichtung der Kamera angeordnetes Objekt in einer Folge von Bildern bei Annäherung an das Objekt seine Position innerhalb der jeweiligen Bilder ändern. Wenn eine Kamera mehr Bilder pro Zeiteinheit liefert, als zum Zwecke der erfindungsgemäßen Verkehrszeichenerkennung erforderlich sind, kann von den tatsächlich aufgenommenen Bildern nur eine Auswahl verwendet werden, während andere Bilder nicht verwendet werden.From the change in size and / or displacement of a position of the detected and tracked traffic sign in the respective images on the sequence of further images, a first speed value is determined which indicates the speed at which the detected and traced traffic sign on the camera and / or on the camera passes by. It exploits the fact that objects in the recording area of a camera with an unchanged focal length when approaching are displayed increasingly larger in successive images. The term "consecutive images" here refers to those successive images which are supplied to the image processing for the purpose of traffic sign recognition. In addition, an object located outside a straight line of sight of the camera in a sequence of images as it approaches the object will change its position within the respective images. If a camera supplies more images per unit of time than required for the purpose of traffic sign recognition according to the invention, only one selection of the images actually taken can be used while other images are not used.
Unter der allgemein zulässigen Annahme, dass das Verkehrszeichen seine Größe nicht ändert kann also aus der Größenveränderung über die Zeit in der Bilderreihe eine Annäherungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Außerdem wird ein Verkehrszeichen in der Regel nicht so auf einer Fahrspur einer Straße angebracht sein, dass ein Fahrzeug frontal darauf zufährt, es sei denn, dass die Fahrspur vor dem Verkehrszeichen endet oder nach links oder rechts abbiegt. Dementsprechend verändert ein Verkehrszeichen seine Position bei Annäherung des Kraftfahrzeugs in aufeinanderfolgenden Bildern einer in Fahrtrichtung nach vorne orientierten Kamera. Die Position des Verkehrszeichens wird sich, ausgehend von der ersten Position, an der es erkannt wurde, und bei unveränderter Fahrtrichtung, zu den Seiten hin und/oder nach oben bzw. unten im Bildausschnitt verschieben. Aus der Veränderung der Position des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens kann, bei bekannten und unveränderten Eigenschaften der Kamera und der Optik, ebenfalls eine Geschwindigkeit ermittelt werden. Die beiden Möglichkeiten, aus dem in der Folge der Bilder verfolgten Verkehrszeichen einen Geschwindigkeitswert zu ermitteln können natürlich auch kombiniert werden, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen.Under the generally accepted assumption that the traffic sign does not change its size, therefore, a speed of approach can be determined from the change in size over time in the image series. In addition, a traffic sign will generally not be so mounted on a lane of a road that a vehicle approaches it head-on, unless the lane ends before the traffic sign or turns left or right. Accordingly, a traffic sign changes its position when the motor vehicle approaches in successive images of a camera oriented forward in the direction of travel. The position of the traffic sign is, starting from the first position at which it was detected, and with unchanged direction of travel, move to the sides and / or up or down in the image section. From the change in the position of the detected and tracked traffic sign, with known and unchanged characteristics of the camera and the optics, also a speed can be determined. Of course, the two possibilities of determining a speed value from the traffic signs tracked in the sequence of the images can also be combined in order to achieve a higher accuracy.
Der erste Geschwindigkeitswert wird dann mit einem zweiten, von einem Geschwindigkeitsmesser des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Geschwindigkeitswert verglichen, der eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentiert. Der Geschwindigkeitsmesser funktioniert dabei unabhängig von der Kamera. Wenn eine Differenz aus erstem und zweitem Geschwindigkeitswert unter einem Schwellwert liegt, wird das Verkehrszeichen oder daraus extrahierte Information dem Fahrer oder dem Fahrerunterstützungssystem signalisiert. Anderenfalls wird das Verkehrszeichen als nicht zuverlässig erkannt verworfen und daraus extrahierte Information wird nicht signalisiert oder verwendet, weil das Verkehrszeichen nicht ortsfest war und mit hoher Wahrscheinlichkeit an einem anderen Fahrzeug angebracht war. Alternativ zum Verwerfen kann ein Hinweis auf ein nicht sicher erkanntes Verkehrszeichen erfolgen, damit der Fahrer anhand der gegenwärtigen Verkehrssituation oder der Umgebung selbst entscheiden kann, ob er möglicherweise ein Verkehrszeichen übersehen hat.The first speed value is then compared with a second speed value provided by a speedometer of the motor vehicle, which represents a driving speed of the motor vehicle. The speedometer works independently of the camera. When a difference between first and second speed values is below a threshold, the traffic sign or information extracted therefrom is signaled to the driver or the driver assistance system. Otherwise, the traffic sign is rejected as unreliable and information extracted therefrom is not signaled or used because the traffic sign was not stationary and was highly likely to be attached to another vehicle. As an alternative to discarding, an indication of an unsafe traffic sign can be made, so that the driver can decide on the basis of the current traffic situation or the environment whether he has possibly overlooked a traffic sign.
Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Geschwindigkeitswert über einen Datenbus des Fahrzeugs bereitgestellt. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeitsinformation über einen CAN-Bus bereitgestellt werden, ähnlich wie bei einer geschwindigkeitsabhängigen Lautstärkeregelung für ein Autoradio. Die Verbindung zu dem Datenbus kann dabei über Kabel oder drahtlos, z. B. gemäß IEEE 802.15.1 (Bluetooth) erfolgen. In one embodiment of the method according to the invention, the second speed value is provided via a data bus of the vehicle. For example, speed information may be provided via a CAN bus, similar to a speed-dependent volume control for a car radio. The connection to the data bus can be via cable or wireless, z. B. in accordance with IEEE 802.15.1 (Bluetooth).
Der zweite Geschwindigkeitswert kann beispielsweise aus Daten eines oder mehrerer Drehzahlsensoren an einem Fahrzeuggetriebe oder an einem oder mehreren Rädern oder Antriebswellen ermittelt werden, oder auch aus Daten eines Satellitennavigationssystems ermittelt werden. Kombinationen der unterschiedlichen Quellen von Daten zur Ermittlung des zweiten Geschwindigkeitswerts sind natürlich ebenfalls denkbar.The second speed value can be determined, for example, from data from one or more speed sensors on a vehicle transmission or at one or more wheels or drive shafts, or can also be determined from data from a satellite navigation system. Combinations of the different sources of data to determine the second speed value are of course also conceivable.
Bei einer Ausgestaltung des Erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufnehmen weiterer Bilder mit einer festen Bildrate. Der Begriff Bildrate bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Anzahl von Bildern pro Zeiteinheit. Hierdurch ist es möglich, die Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts nur von der Größen- oder Positionsänderung des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens sowie festen Parametern der Kamera und der Optik abhängig zu machen. Allerdings ist bei dieser Ausgestaltung die Genauigkeit der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts wird bei niedrigen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs höher als bei hohen Geschwindigkeiten, weil die Veränderung der Größe oder der Position eines erkannten und verfolgten Verkehrszeichens zwischen zwei Bildern kleiner ist als bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs. Außerdem kann, insbesondere bei einer eher geringen Bildrate, bei einer großen Positionsveränderung zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern die Verfolgung des erkannten Verkehrszeichens bei höheren Geschwindigkeiten schwierig werden oder es kann vermehrt zu Fehlern bei der Verfolgung kommen.In one embodiment of the method according to the invention, the recording of further images takes place with a fixed frame rate. The term frame rate in this context refers to the number of pictures per unit of time. This makes it possible to make the determination of the first speed value only dependent on the change in size or position of the detected and tracked traffic sign as well as fixed parameters of the camera and the optics. However, in this embodiment, the accuracy of the determination of the first speed value is higher at lower speeds of the motor vehicle than at high speeds, because the change in the size or the position of a recognized and tracked traffic sign between two images is smaller than at high speeds of the motor vehicle. In addition, especially at a rather low frame rate, with a large change in position between two consecutive frames, the tracking of the detected traffic sign at higher speeds may become difficult, or an increase in tracking errors may occur.
Der Schwellwert für die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Geschwindigkeitswert kann so gewählt sein, dass die geringere Genauigkeit der Geschwindigkeitsschätzung aus den Kamerabildern gegenüber dem Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeugs zu berücksichtigt wird. So kann beispielsweise ein Schwellwert oder Toleranzwert so gewählt sein, dass eine langsame Ortsveränderung von Verkehrszeichen als gültig angesehen wird. Derartige langsame Ortsveränderungen kommen z. B. vor, wenn an der Rückseite eines langsam fahrenden Kontrollfahrzeugs einer Straßenmeisterei ein Verkehrszeichen angebracht ist, um die Geschwindigkeit zu regeln oder eine Fahrspur vorzugeben.The threshold for the difference between the first and second speed values may be selected to account for the lower accuracy of the speed estimate from the camera images versus the speedometer of the vehicle. Thus, for example, a threshold value or tolerance value may be selected such that a slow change in location of traffic signs is considered valid. Such slow changes in location come z. Example, when at the back of a slow-moving control vehicle of a Straßenmeisterei a traffic sign is attached to regulate the speed or to specify a lane.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Schwellwert für die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Geschwindigkeitswert von dem zweiten Geschwindigkeitswert abhängig. So kann beispielsweise bei einer festen Bildrate einer bei höheren Geschwindigkeiten geringeren Genauigkeit der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts Rechnung getragen werden.In one embodiment of the method according to the invention, the threshold value for the difference between the first and the second speed value depends on the second speed value. Thus, for example, with a fixed frame rate, a lower accuracy of the determination of the first velocity value can be taken into account at higher speeds.
Bei einer Ausgestaltung des Erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufnehmen weiterer Bilder mit einer von dem zweiten Geschwindigkeitswert abhängigen Bildrate. Die Bildrate kann bei niedrigen Geschwindigkeiten kleiner sein als bei hohen Geschwindigkeiten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Veränderungen der Größe oder der Position des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens in zwei aufeinanderfolgenden Bildern innerhalb eines begrenzten Bereichs bleiben. Dies kann zu einer Vereinfachung und Beschleunigung der Wiedererkennung des Verkehrszeichens im jeweils nächsten Bild führen, weil der bei der Wiedererkennung zu durchsuchende Bildbereich enger eingegrenzt werden kann und eine Vorhersage der zu erwartenden Größe und Position aufgrund eines einfacher mathematisch zu beschreibenden Zusammenhangs vereinfacht wird. Die Bildrate kann alternativ oder zusätzlich von anderen, nachfolgend beschriebenen Faktoren abhängig verändert werden, um etwa die Veränderungen des Bildinhalts in aufeinanderfolgenden Bildern gering zu halten.In an embodiment of the method according to the invention, the recording of further images takes place with a frame rate dependent on the second speed value. The frame rate may be slower at low speeds than at high speeds. This can ensure that the changes in the size or position of the recognized and tracked traffic sign in two consecutive images remain within a limited range. This can lead to a simplification and acceleration of the recognition of the traffic sign in the next image because the image area to be searched for in the recognition can be narrowed down and a prediction of the expected size and position is simplified due to a simple mathematical relationship. The frame rate may alternatively or additionally be changed depending on other factors described below, for example to minimize the changes in the image content in successive images.
Die Veränderung der Bildrate kann dabei durch tatsächliches Anpassen der Bildrate in der Kamera erfolgen. Wenn die Kamera jedoch keine Einstellung der Bildrate ermöglicht oder beispielsweise zur Erledigung anderer Aufgaben mit einer höheren Bildrate betrieben werden muss, als es für die Verkehrszeichenerkennung erforderlich wäre, kann eine Veränderung der Bildrate auch durch Verwendung nur jedes n-ten Bildes für die Zwecke der Verkehrszeichenerkennung erfolgen, also durch Weglassen von Bildern bei der Bildverarbeitung. Die Veränderung der Bildrate kann dabei im Wesentlichen kontinuierlich mit der Geschwindigkeit erfolgen, oder auch in diskreten Stufen für Geschwindigkeitsbereiche.The change of the frame rate can be done by actually adjusting the frame rate in the camera. However, if the camera does not allow adjustment of the frame rate or, for example, needs to operate at a higher frame rate to perform other tasks than would be required for traffic sign recognition, a change in frame rate may also be achieved by using only every nth frame for traffic sign recognition purposes done, so by omitting images in the image processing. The change of the frame rate can be carried out substantially continuously at the speed, or even in discrete stages for speed ranges.
Eine geringere Bildrate bei niedrigen Geschwindigkeiten benötigt weniger Ressourcen bei der Bildverarbeitung, die dadurch für andere Zwecke frei werden. So kann bei niedrigeren Geschwindigkeiten frei werdende Rechenleistung z. B. für eine verbesserte Fußgänger- oder Objekterkennung verwendet werden, wenn man eine höhere Wahrscheinlichkeit für die Gegenwart von Fußgängern oder für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs relevanten Objekten in Verkehrsräumen annimmt, in denen geringere Geschwindigkeiten gefahren werden.A lower frame rate at low speeds requires fewer resources in image processing, thereby freeing up for other purposes. Thus, at lower speeds released computing power z. B. are used for improved pedestrian or object recognition, if one assumes a higher probability of the presence of pedestrians or for the driver of a motor vehicle relevant objects in traffic areas in which lower speeds are driven.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zu dem zweiten Geschwindigkeitswert ein Lenkwinkel, also eine von einer Stellung einer Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs abhängige Größe, bei der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts berücksichtigt. Die Berücksichtigung des Lenkwinkels zusammen mit dem zweiten Geschwindigkeitswert ermöglicht es, eine Veränderung der Position des erkannten und verfolgten Verkehrszeichens in aufeinander folgenden Bildern aufgrund des Schwenkens der mit dem Kraftfahrzeug fest verbundenen Kamera durch die Veränderung der Fahrtrichtung vorherzusagen oder zu bestimmen, und bei der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts entsprechend zu berücksichtigen. Den Lenkwinkel repräsentierende Werte oder Daten können dabei beispielsweise von entsprechenden Sensoren an der Lenkeinrichtung und/oder von Beschleunigungs- oder Gyrosensoren für eine elektronische Stabilitätskontrolle des Kraftfahrzeugs oder von einem elektronischen Kompass bereitgestellt werden. Der elektronische Kompass oder die Beschleunigungs- oder Gyrosensoren können dabei auch in einem zeitweise mit dem Fahrzeug verbundenen Mobiltelefon oder Smartphone angeordnet sein, wobei die entsprechenden Daten dann über eine kabelgebundene oder drahtlose Verbindung bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das Mobiltelefon oder das Smartphone so in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass es Bewegungen der Karosserie zeitgleich und weitgehend identisch vollzieht. In one embodiment of the method according to the invention, in addition to the second speed value, a steering angle, that is to say a variable dependent on a position of a steering device of the motor vehicle, is taken into account in the determination of the first speed value. The consideration of the steering angle together with the second speed value makes it possible to predict or determine a change in the position of the recognized and tracked traffic sign in successive images due to the pivoting of the camera firmly connected to the motor vehicle by changing the direction of travel, and in the determination of corresponding to the first speed value. The values or data representing the steering angle can be provided, for example, by corresponding sensors on the steering device and / or by acceleration or gyro sensors for an electronic stability control of the motor vehicle or by an electronic compass. The electronic compass or the acceleration or gyro sensors can also be arranged in a mobile telephone or smartphone temporarily connected to the vehicle, the corresponding data then being provided via a wired or wireless connection. Preferably, the mobile phone or the smartphone is arranged in the motor vehicle, that it performs movements of the body at the same time and largely identical.
In ähnlicher Weise kann eine Veränderung der Neigung des Fahrzeugs in Längs- und/oder Querrichtung, beispielsweise bei einer sich ändernden Steigung oder einem sich ändernden Profil der Oberfläche der Straße, in aufeinander folgenden Bildern berücksichtigt werden. So kann bei einer Fahrt auf einer Straße mit Bodenwellen, die nicht vollständig von einer Fahrwerksaufhängung des Kraftfahrzeugs kompensiert werden können, die Karosserie und damit die Kamera eine auf-und-ab Bewegung oder eine seitliche Rollbewegung ausführen, die in der Seefahrt auch als „Stampfen” oder „Rollen” bekannt ist. Da die Kamera fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wird auch der von der Kamera erfasste Bereich sich entsprechend ändern. Eine Veränderung der Position könnte jedoch bei der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts fälschlicherweise zur Ermittlung einer anderen als der tatsächlichen Geschwindigkeit führen. Gerade bei größeren Distanzen zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Verkehrszeichen kann bereits eine leichte Veränderung der Steigung der Straße dazu führen, dass die Position eines weiter voraus befindlichen Verkehrszeichens in aufeinander folgenden Bildern nach oben wandert, beispielsweise bei Durchfahren einer Bodensenke. Diese Positionsveränderung könnte als eine höhere Geschwindigkeit als die tatsächliche Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs interpretiert werden, weil eine vergleichbare Positionsveränderung in aufeinanderfolgenden Bildern auf ebener Strecke mit einer höheren Geschwindigkeit korreliert. Eine Berücksichtigung der Veränderung Neigung des Kraftfahrzeugs kann also zu einer höheren Genauigkeit der Bestimmung des ersten Geschwindigkeitswerts führen. Für die Bestimmung der Neigung sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Kraftfahrzeugs können ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene Sensoren an oder in der Fahrwerksaufhängung und/oder für eine elektronische Stabilitätskontrolle verwendet werden. Eine Verwendung von Beschleunigungssensoren, Gyrosensoren oder eines elektronischen Kompasses eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Satellitennavigationssystems ist ebenfalls denkbar. Es ist vorstellbar, entsprechende Sensoren eines zeitweise mit dem Fahrzeug verbundenen Mobiltelefons oder Smartphones zu verwenden. Die Sensoren können entsprechende Daten über eine kabelgebundene oder drahtlose Verbindung bereitstellen. Vorzugsweise ist das Mobiltelefon oder das Smartphone so in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass es Bewegungen der Karosserie zeitgleich und weitgehend identisch vollzieht.Similarly, a change in the inclination of the vehicle in the longitudinal and / or transverse direction, for example in the case of a changing incline or a changing profile of the surface of the road, can be taken into account in successive images. Thus, when driving on a road with bumps that can not be fully compensated by a suspension of the motor vehicle, the body and thus the camera perform an up-and-down movement or a lateral rolling motion, in the sea as "pounding "Or" roles "is known. Since the camera is firmly connected to the body of the motor vehicle, the area covered by the camera will change accordingly. However, a change in position could erroneously result in the determination of a speed other than the actual speed when determining the first speed value. Even with larger distances between the motor vehicle and the traffic sign, even a slight change in the slope of the road can cause the position of a further ahead traffic sign to move upwards in successive images, for example when driving through a subsidence. This change in position could be interpreted as a higher speed than the actual speed of the motor vehicle, because a comparable change in position in consecutive images on a level track correlates with a higher speed. A consideration of the change inclination of the motor vehicle can thus lead to a higher accuracy of the determination of the first speed value. For the determination of the inclination both in the longitudinal and in the transverse direction of the motor vehicle, sensors already present in the motor vehicle can be used on or in the chassis suspension and / or for an electronic stability control. It is also conceivable to use acceleration sensors, gyro sensors or an electronic compass of a vehicle-mounted satellite navigation system. It is conceivable to use corresponding sensors of a temporarily connected to the vehicle mobile phone or smartphone. The sensors can provide appropriate data via a wired or wireless connection. Preferably, the mobile phone or the smartphone is arranged in the motor vehicle, that it performs movements of the body at the same time and largely identical.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schwellwert, bei dessen Überschreitung ein Verkehrszeichen verworfen wird, in Abhängigkeit von dem zweiten Geschwindigkeitswert, dem Lenkwinkel und/oder einer Veränderung der Neigung des Fahrzeugs in Längs- und/oder Querrichtung verändert. Dazu kann eine Zuordnungsvorschrift vorgesehen sein, die eine Zuordnung zweier oder mehrerer Werte oder Parameter zueinander beschreibt. Die Zuordnungsvorschrift kann dabei formelmäßig beschrieben sein, oder auch als Zuordnungstabelle implementiert sein. Zuordnungen können dabei kontinuierlich oder bereichsweise erfolgen. Dadurch kann einer mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem Lenkwinkel oder dynamischen Veränderungen der Karosserielage variierenden Genauigkeit der Ermittlung des ersten Geschwindigkeitswerts Rechnung getragen werden.In one embodiment of the method according to the invention, the threshold value above which a traffic sign is rejected is changed as a function of the second speed value, the steering angle and / or a change in the inclination of the vehicle in the longitudinal and / or transverse direction. For this purpose, an assignment rule can be provided which describes an association of two or more values or parameters to one another. The assignment rule can be described in terms of formulas, or it can also be implemented as an assignment table. Assignments can be made continuously or in areas. As a result, a determination of the first speed value that varies with the speed of the motor vehicle, a steering angle or dynamic changes in the body position can be taken into account.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein erkanntes Verkehrszeichen verworfen, wenn es nicht in einer ununterbrochen aufeinander folgenden Mindestanzahl von weiteren Bildern erkannt oder verfolgt werden konnte. Die Mindestanzahl kann dabei in Abhängigkeit von dem zweiten Geschwindigkeitswert, dem Lenkwinkel und/oder einer Veränderung der Neigung des Fahrzeugs in Längs- und/oder Querrichtung bestimmt sein.In one embodiment of the method according to the invention, a recognized traffic sign is discarded if it could not be detected or tracked in an uninterruptedly consecutive minimum number of further images. The minimum number may be determined as a function of the second speed value, the steering angle and / or a change in the inclination of the vehicle in the longitudinal and / or transverse direction.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens pausiert das Verfahren, wenn die zweiten Geschwindigkeitswerte einem nicht in Bewegung befindlichen Kraftfahrzeug entsprechen. Hier wird die Erkenntnis genutzt, dass das Aufnehmen von weiteren Bildern und eine Verfolgung von Verkehrszeichen, während das Kraftfahrzeug steht, keine sinnvoll auswertbaren Informationen zur Ermittlung einer Geschwindigkeit liefert. Während das Verfahren pausiert, also keine Verfolgung des erkannten Verkehrszeichens durchführt, und keine Ermittlung einer Geschwindigkeit aus einer Reihe von Bildern, kann Energie eingespart werden und/oder die Ressourcen, also beispielsweise ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichteter Computer, können in dieser Zeit für andere Zwecke eingesetzt werden.In one embodiment of the method according to the invention, the method pauses when the second speed values correspond to a motor vehicle that is not in motion. Here, the realization is used that recording from further images and tracking of traffic signs while the motor vehicle is standing, provides no meaningfully evaluable information for determining a speed. While the process pauses, ie, does not track the detected traffic sign, and does not detect a speed from a series of images, energy can be saved and / or resources, such as a computer set up to perform the process, can be used by others at this time Purposes are used.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens pausiert das Verfahren, wenn ein Verkehrszeichen mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung auf sehr niedrige Werte erkannt wurde, beispielsweise 6 km/h. Aufkleber mit solchen Geschwindigkeitsbegrenzungen sind gelegentlich auf landwirtschaftlichen Zugfahrzeugen angebracht, kommen aber sonst sehr selten vor.In one embodiment of the method according to the invention, the method pauses when a traffic sign with a speed limit has been detected to very low values, for example 6 km / h. Stickers with such speed limits are sometimes attached to agricultural towing vehicles, but are otherwise very rare.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Datenbankabfrage, um an der aktuellen Position des Fahrzeugs bekannte, fest installierte Verkehrszeichen zu ermitteln. Die Datenbankabfrage kann zur weiteren Verifizierung der Erkennung erfolgen. Wenn die Datenbankabfrage keine Übereinstimmung ergibt ist es auch möglich, das Ergebnis der Erkennung an die Datenbank zu senden. Wenn ein an einer Position erkanntes, in der Datenbank nicht enthaltenes Verkehrszeichen von mehreren Verkehrsteilnehmern unabhängig voneinander und über einen bestimmten Zeitraum an die Datenbank gemeldet wird, kann die Datenbank entsprechend aktualisiert werden.In one embodiment of the method according to the invention, a database query takes place in order to determine permanently installed traffic signs known at the current position of the vehicle. The database query can be used to further verify the recognition. If the database query does not match, it is also possible to send the result of the discovery to the database. If a traffic sign recognized at one position is not reported to the database by several road users independently of each other and over a certain period of time, the database can be updated accordingly.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Informationen einer Fahrspurerkennung verwendet, um die Verkehrszeichenerkennung zu verbessern. So kann etwa, wenn das Kraftfahrzeug auf einer mittleren Spur einer dreispurigen Fahrbahn fährt, ein auf einer unmittelbar nebenan liegenden Spur erkanntes Verkehrszeichen verworfen werden, weil in diesem Fall nur ein oberhalb der Fahrbahn angeordnetes Verkehrszeichen gültig sein kann.In one embodiment of the method, information of a lane recognition is used to improve the traffic sign recognition. Thus, for example, when the motor vehicle travels on a middle lane of a three-lane roadway, a traffic sign recognized on a lane immediately next to it can be discarded, because in this case only one traffic sign located above the lane can be valid.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Informationen eines Assistenzsystems verwendet, welches vorausfahrende Fahrzeuge identifizieren kann, um Bildbereiche von der Verkehrszeichenerkennung auszunehmen, die als zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zugehörig erkannt wurden.In one embodiment of the method, information of an assistance system is used which can identify vehicles in front to exclude image areas from the traffic sign recognition that have been identified as belonging to a preceding vehicle.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigtIn the following the invention will be described with reference to the drawing. In the drawing shows
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same or similar elements are identified by the same reference numerals.
Die Wiedererkennung des zu dem ersten Zeitpunkt erkannten Verkehrszeichens
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es also, den Einfluss einer seitlichen Verschiebung der von der Kamera erfassten Szene bei der Ermittlung der Geschwindigkeit zu kompensieren bzw. zu verringern.This embodiment of the invention thus makes it possible to compensate for or reduce the influence of a lateral displacement of the scene captured by the camera when determining the speed.
Die Berücksichtigung des Lenkradeinschlags kann auch bei der Wiedererkennung des zu dem ersten Zeitpunkt erkannten Verkehrszeichens
Auch in diesem Beispiel kann ein Suchbereich, in welchem das Verkehrszeichen zum Zwecke der Verfolgung in einem nachfolgend aufgenommenen Bild erwartet wird, anhand der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs geschätzt werden. Bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h sollte ein gültiges, ortsfestes Verkehrszeichen in dem durch den strichpunktierten Rahmen
Da der erwartete, vorhergesagte Suchbereich für die Wiedererkennung und die Verfolgung des Verkehrszeichens bereits unter Verwendung der von dem Geschwindigkeitsmesser des Kraftfahrzeugs gelieferten Daten bestimmt werden kann, bevor überhaupt ein zu durchsuchendes Bild vorliegt, kann die Suche unmittelbar auf den erwarteten Bereich eingeschränkt werden. Dadurch kann die Suche schneller durchgeführt werden und erfordert weniger Ressourcen bzw. beansprucht vorhandene Ressourcen für einen kürzeren Zeitraum. Weitere Daten von Sensoren des Kraftfahrzeugs, etwa zum Lenkradeinschlag oder einer Neigung des Fahrzeugs, können, wie weiter oben beschreiben, zur Verbesserung der Positionierung des Suchbereichs in die Vorhersage einbezogen werden.Since the expected predicted search area for recognition and tracking of the traffic sign can already be determined using the data supplied by the speedometer of the motor vehicle before there is even an image to search, the search can be restricted immediately to the expected area. This makes the search faster and requires less resources or less resources for a shorter time. Further data from sensors of the motor vehicle, such as the steering wheel angle or an inclination of the vehicle, as described above, can be included in the prediction to improve the positioning of the search range.
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